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Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Recursos Genéticos Vegetais, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2014-08-06T18:10:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 326781.pdf: 1818742 bytes, checksum: c9fcf683a62e94042b732ee609e236e5 (MD5) Previous issue date: 2014 / As rizobactérias promotoras de crescimento vegetal (RPCV) são um grupo de micro-organismos benéficos às plantas devido à sua capacidade de estimular o crescimento vegetal através de vários processos. Uma das mais importantes e estudadas RPCV é a Azospirillum brasilense, uma diazotrófica associada com importantes culturas tais como milho e trigo, a qual possui ampla distribuição geográfica e tem sido usada como organismo modelo para investigar a promoção do crescimento vegetal associativo. Vários mecanismos estão envolvidos na promoção do crescimento vegetal por A. brasilense, entre eles: capacidade de fixação biológica de nitrogênio e à produção de fitormônios, os quais levam à formação de raízes laterais e, consequentemente, à melhor adsorção de água e minerais e, à maior tolerância a estresses, promovendo efeitos positivos sobre os mecanismos de defesa. Neste trabalho foram avaliados parâmetros de crescimento de duas variedades de milho Dekalb 240 (DKB240) e Pioneer 30F53 (P30F53), crescimento bacteriano nas raízes e perfil de proteínas em uma variedade (P30F53) quando as plântulas foram crescidas in vitro. Realizou-se a detecção e quantificação por PCR em tempo real de A. brasilense em plântulas de duas variedades de milho. Os iniciadores foram desenhados e sua especificidade foi verificada usando DNA de 12 diferentes espécies de bactérias. Os resultados dos experimentos de qPCR apresentaram valores dentro da variação aceitável para qPCR, eficiência média de 95% e coeficiente de correlação de 0,98, indicando que o gene nifA é adequado para a análise quantitativa do genoma alvo bacteriano. O número de cópias de DNA bacteriano por grama de massa fresca de raiz aumentou de 3,3 x 106 (1 DAI) para 5,3 x 109 (10 DAI) quando raízes inoculadas de milho da variedade DKB240 foram analisadas e, da mesma maneira, variando de 6 x 106 (1 DAI) para 6,8 x 109 (10 DAI) na variedade P30F53 quando cultivadas in vitro. Os iniciadores desenvolvidos visando nifA serão úteis para monitorar Azospirillum brasilense FP2 em culturas no sistema solo-planta. Comparando-se plântulas da variedade P30F53, controle e inoculadas com A. brasilense FP2, foram encontradas diferenças significativas 7 dias após a inoculação (DAI) em 7 dos 8 parâmetros avaliados (massa fresca e tamanho da folha, massa fresca e tamanho da raiz principal, número de raízes laterais, massa fresca e número de raízes adventícias e massa fresca total das raízes). A observação de raízes através da microscopia eletrônica de varredura (MEV) mostrou que A. brasilense FP2 se liga à superfície radicular, tanto na região do ápice quanto do terço médio, e podem ser encontradas como células simples ou agregadas. A análise do perfil de proteínas, obtido através da técnica de eletroforese bidimensional (2DE), revelou 46 spots diferencialmente acumulados em raízes de milho da variedade Pioneer 30F53 inoculadas com A. brasilense FP2. Os spots foram analisados por espectrometria de massa e três proteínas apresentaram homologia com proteínas hipotéticas de milho e arroz.<br> / Abstract : The plant growth promoting bacteria (PGPB) are a group of microbes beneficial to plants due to its ability to stimulate plant growth by various processes. One of the most important and studied PGPB Azospirillum brasilense is a diazotrophic associated with major crops such as corn and wheat, which widely spread and has been used as a model organism to investigate the associative plant growth promotion. Several mechanisms are involved in the promotion of plant growth by A. brasilense, including: the ability of biological nitrogen fixation and production of phytohormones, which leads to the formation of lateral roots and thus the better absorption of water and minerals, greater tolerance to stress, have positive effects on the mechanisms of defense. In this work, the growth parameters of two varieties of corn Dekalb 240 (DKB240) and Pioneer 30F53 (P30F53), bacterial growth in roots and protein profile in a variety (P30F53) when seedlings were grown in vitro were evaluated. We carried out the detection and quantification by real time PCR A. brasilense seedlings in the two varieties of corn. Primers were designed and their specificity was verified using DNA from 12 different bacterial species. qPCR efficiency and correlation coefficient presented values within the acceptable range for qPCR, average efficiency of 95% and a correlation coefficient of 0.98, indicating that the nifA gene is suitable for the quantitative analysis of target bacterial genome. Bacterial DNA copy number per gram of fresh root increased from 3.3 x 106 (one DAI) to 5.3 x 109 (ten DAI) when inoculated maize roots of DKB 240 variety were analyzed and, in the same way, it ranged from 6 x 106 (one DAI) to 6.8 x 109 (ten DAI) in P30F53 variety when cultured in vitro. The primers developed targeting nifA gene will be useful for monitoring Azospirillum brasilense growth in crops. Comparing control seedlings (variety Pioneer 30F53) inoculated with A. brasilense FP2, significant differences were observed 7 days after inoculation (DAI) in 7 out to 8 evaluated parameters (fresh weight and leaf size, fresh weight and size of the main root, lateral root number, fresh weight and number of adventitious roots and total fresh weight of roots). The observation of roots by scanning electron microscopy (SEM) showed that A. brasilense FP2 binds to the root surface, both in the region of the apex and the middle third, and may be found as single cells or aggregated. Analysis of the protein profile obtained using the technique of two-dimensional electrophoresis (2DE) revealed 46 proteins differentially accumulated in roots of maize (variety Pioneer 30F53) inoculated with A. brasilense FP2. The spots were analyzed by mass spectrometry and three proteins presented homology with hypothetic proteins from corn and rice.

Orientador: Gustavo Vitti Môro / Banca: Maria Elisa Ayres Guidetti Zagatto Paterniani / Banca: Sandra Helena Unêda Trevisoli / Banca: Ivana Marino Bárbaro Torneli / Banca: Everlon Cid Rigobelo / Resumo: O nitrogênio é um dos elementos mais exigidos pela cultura do milho, pois está diretamente ligado à capacidade de produção agrícola desta espécie. Grande parte dos solos brasileiros agricultáveis possuem deficiência de nitrogênio ou este nutriente não está disponível em quantidades suficientes para suprir a necessidade da cultura, sendo necessário realizar aplicações suplementares de nitrogênio para se alcançar elevadas produtividades. As cultivares atuais de milho são altamente dependentes de adubação nitrogenada, pois foram desenvolvidas para ambientes otimizados, não sendo adaptadas para as condições de cultivo sob baixo nitrogênio. O uso de bactérias diazotróficas, as quais possuem a capacidade de fixar nitrogênio e disponibilizá-lo para as plantas, bem como a associação das plantas com essas bactérias, pode se tornar uma alternativa sustentável e economicamente viável para a produção de milho em sistemas agrícolas sob baixa utilização de nitrogênio. Com base no exposto, os objetivos deste trabalho foram identificar e caracterizar genótipos de milho eficientes no uso do nitrogênio e Azospirillum brasilense em ambientes contrastantes quanto a disponibilidade de nitrogênio no solo e selecionar parentais superiores de milho para eficiência no uso de Azospirillum brasilense. Foram utilizados como material genético 48 genótipos de milho obtidos em esquema de dialelo parcial, utilizando-se oito linhagens parentais pertencentes ao grupo heterótico I, e seis linhagens parentais p... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The nitrogen is one of the elements most required by maize crop because it is directly related to the agricultural production capacity of this species. Most brazilian soils have nitrogen deficiency or it is not available in sufficient quantities to meet the need of the crop, and it is necessary to make supplemental nitrogen applications to reach high yields. The current maize cultivars are highly dependent on nitrogen fertilization since they were developed for optimized environments and were not adapted to the conditions under low nitrogen cultivation. The use of diazotrophic bacteria, which have the ability to fix nitrogen and make it available to plants, as well as the association of plants with these bacteria, can become an ecologically sustainable and economically viable alternative for the production of corn in agricultural systems under low or non-use of nitrogen. Thus, the objectives of this study were to identify and characterize efficient maize genotypes in the use of nitrogen and Azospirillum brasilense in contrasting environments regarding nitrogen availability in the soil and to select higher parental maize for efficiency in the use of Azospirillum brasilense. Were used as genetic material 48 diallelic genotypes were obtained in a partial diallel scheme, using eight lines belonging to the heterotic group I, and six lines belonging to the heterotic group II, all from the Department of Genetics of ESALQ / USP. The experiments were conducted in three crops in a rand... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

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Sixty-one strains of the root-associated nitrogen fixer <u>Spirillum lipoferum</u> exhibited a similar morphology (slightly-curved to S-shaped cells having a cell diameter of 1.0 μm) and had a DNA base composition of 69 - 71 mol% G + C (Tm). When grown in broth the cells had a single polar flagellum, but when grown on agar at 30°C they also formed numerous lateral flagella of shorter wavelength. DNA homology experiments using a membrane filter competition method indicated the occurrence of two distinct but related homology groups: 46 strains were in Group I and 15 strains were in Group II. Group I strains gave DNA homology values of 67% when tested against reference strain Sp 7, whereas Group II strains gave 28 - 46%. Group II strains gave homology values of 70% when tested against reference strain 59b, whereas Group I strains gave 30 - 52%. Group II strains were distinguished by their acid reaction with glucose, a weak fermentative ability, a requirement for biotin, and formation of wider, longer, S-shaped to spirillum-shaped cells when transferred to nitrogen-deficient malate medium. Pigmentation, catalase activity, and denitrifying ability varied considerably. All strains could grow anaerobically in peptone media with nitrate as the electron acceptor. The results indicate that two species exist within the <u>S. lipoferum</u> group, and the characteristics of the organisms suggest that they should be assigned to a new genus, <u>Azospirillum</u>. Strains belonging to Group II are named <u>A. lipoferum</u>, while those belonging to Group I are named <u>A. brasilense</u>. / Master of Science

Cells of the genus Azospirillum possess a single polar flagellum when grown in broth; when grown on solid media they also possess numerous lateral flagella of shorter wavelength (0.7 µm vs. 1.2 µm) and thinner diameter (13.5 nm vs. 18 nm). The antigenic and functional differences between these two types of flagella were studied for A. brasilense ATCC 29145 (type strain). An indirect immunoperoxidase stain was used in conjunction with electron microscopy to demonstrate that an antigenic difference that exists between these two types of flagella in this strain. No evidence could be obtained that the polar flagellum was ensheathed as it is in members of the genus Vibrio. A. brasilense was found to swarm on nutrient broth medium solidified with 0.75% agar ("swarm medium" or SM), and also on medium solidified with carrageenan. Swarming also occurred on a dialysis membrane overlying SM, indicating that the nature of the solid surface may not be important. The effects of various physical and chemical factors on swarming were determined. A temperature of 30°C rather than the optimal growth temperature of 37°C was stimulatory to swarming. Certain chemical agents, p-nitrophenylglycerol, EDTA, sodium deoxycholate, sodium taurocholate, and Na₂SO₄, at appropriate concentrations could inhibit swarming without preventing growth. Based on the use of mutants lacking either the polar flagellum or the lateral flagella, the lateral flagella were found to be responsible for swarming, whereas the polar flagellum was responsible for free-swimming motility. / M.S.

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:37:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jesica_F_S_Genero.pdf: 1260489 bytes, checksum: da1efddef812f7eb843220dbd5d18a24 (MD5) Previous issue date: 2016-08-02 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The bacteria Azospirillum brasilense and Herbaspirillum seropedicae are nitrogen fixers and promoting plant growth, able to promote partnerships with the trigo. O objective of this study was to evaluate the crop wheat agronomic performance in response to inoculation with Azospirillum brasilense diazotrophs and Herbaspirillum seropedicae with or without nitrogen fertilization and quantify the number of viable cells of bacteria of the wheat plant roots. The experiment was conducted in the crop year 2014/2014 and 2015/2015. The experimental design was a randomized block in factorial 2 x 4, with four repetitions. The first factor relates to the nitrogen topdressing applications (with and without nitrogen). The second factor relates to inoculating seeds with diazotrophs [without inoculation treatment (control), strain A. brasilense, H. seropedicae strain and combination of the two strains. The combined inoculation of strains A. brasilense + H. seropedicae with nitrogen fertilization promoted an increase of 48% and 13% in grain yield, in the 2014 season and 2015 season, respectively, for the plants that were not inoculated. You can check the inoculation Herbaspirillum, showed better total amount of viable cells with the application of nitrogen. The reduction in the number of CFU of Azospirillum under nitrogen fertilization condition can point to a lower competitiveness of these individuals by exudates and nutrients / As bactérias Azospirillum brasilense e Herbaspirillum seropedicae são fixadoras de nitrogênio e promotoras de crescimento vegetal, capazes de promover associações com a cultura do trigo. O objetivo deste trabalho foi avaliar o desempenho agronômico do trigo em resposta a inoculação de bactérias diazotróficas com Azospirillum brasilense e Herbaspirillum seropedicae associada ou não à adubação nitrogenada e quantificar o número de células viáveis de bactérias das raízes de plantas de trigo. O experimento foi realizado nas safras agrícolas 2014/2014 e 2015/2015. O delineamento experimental foi de blocos casualizados em esquema fatorial 2 x 4, com 4 repetições. O primeiro fator refere-se às aplicações de nitrogênio em cobertura (com e sem nitrogênio). O segundo fator refere-se à inoculação de sementes com bactérias diazotróficas [tratamento sem inoculação (testemunha), estirpe de A. brasilense, estirpe de H. seropedicae e combinação das duas estirpes. Na ausência da inoculação, a adubação nitrogenada em cobertura promoveu um acréscimo de 18% no diâmetro do colmo. Na ausência da adubação nitrogenada em cobertura, a inoculação com H. seropedicae promoveu um acréscimo de 16% no diâmetro de colmo, e na presença da adubação nitrogenada esta bactéria promoveu um acréscimo de 24% no número de espiguetas por espiga em relação às plantas que não foram inoculadas. A inoculação combinada das estirpes A. brasilense + H. seropedicae com adubação nitrogenada em cobertura promoveu um acréscimo de 26% no número de espiguetas por espiga e o dobro do número de grãos obtidos, em relação à combinação sem adubação. A inoculação combinada das estirpes A. brasilense + H. seropedicae com adubação nitrogenada em cobertura promoveu um acréscimo de 48% e 13% na produtividade de grãos, na safra de 2014 e na safra de 2015, respectivamente, em relação as plantas que não foram inoculadas. A inoculação de H. seropedicae apresentou maior quantidade de células viáveis totais com a aplicação de nitrogênio. A redução do número de UFC de A. brasilense sob condição de adubação nitrogenada pode apontar para uma menor competitividade destes indivíduos por exsudatos e nutrientes

Orientador: Adalton Mazetti Fernandes / Banca: Dirceu Maximino Fernandes / Banca: José Carlos Feltran / Resumo: Uma tecnologia que permite reduzir a adubação nitrogenada mineral aplicada nas culturas é a inoculação das plantas com Azospirillum brasilense, uma bactéria que proporciona benefícios para as plantas que vão além da fixação biologia do nitrogênio atmosférico (N2). Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar o estado nutricional, o acúmulo de matéria seca (MS), a partição de carboidratos e açúcares redutores, a produtividade e a eficiência de uso do N absorvido pelas plantas de mandioca e batata em resposta a inoculação de Azospirillum brasilense em combinação com a adubação nitrogenada. Foram conduzidos quatro experimentos, ou seja, dois em solo natural e dois em solo estéril envolvendo as culturas da batata e da mandioca. Para cada experimento o delineamento experimental utilizado foi o de blocos ao acaso, no esquema fatorial 2x4, com quatro repetições. Nos experimentos com mandioca (solo natural e estéril) os tratamentos foram representados por 2 formas de fornecimento de Azospirillum brasilense (1 - Com aplicação de Azospirillum brasilense; 2 - Sem aplicação de Azospirillum brasilense), combinadas com quatro doses de N (0, 50, 100 e 200 mg dm-3 de N). Nos experimentos com batata (solo natural e estéril) as formas de inoculação de Azospirillum brasilense foram as mesmas da mandioca, mas as doses de N foram de (0, 75, 150 e 300 mg dm-3 de N). Cada parcela foi representada por um vaso de 38 dm3 contendo uma planta de mandioca e para a batata foi utilizado vasos de 25L.... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: One technology that reduces nitrogen fertilization applied in crops is the inoculation of plants with Azospirillum brasilense, a bacterium that provides benefits to plants that go beyond fixing biology of atmospheric nitrogen (N2). Thus, the objective of this work was to evaluate the nutritional status, dry matter accumulation (DM), carbohydrate and reducing sugar partition, productivity and N use efficiency absorbed by cassava and potato plants in response to inoculation of Azospirillum brasilense in combination with nitrogen fertilization. Four experiments were conducted, ie two in natural soil and two in sterile soil involving the potato and cassava crops. For each experiment, the experimental design was a randomized block design in the 2x4 factorial scheme, with four replications. In the experiments with cassava (natural and sterile soil) the treatments were represented by 2 forms of Azospirillum brasilense (1 - With application of Azospirillum brasilense), combined with four doses of N (0, 50, 100 and 200 mg dm-3 of N). In the experiments with potato (natural and sterile soil) the inoculation forms of Azospirillum brasilense were the same as those of cassava, but the N doses were 0, 75, 150 and 300 mg dm-3 of N. Each plot was represented by a 38 dm3 vessel containing a cassava plant and 25L vessels were used for the potato. The soil sterilization was performed in an autoclave. In cassava, N doses were applied half at 15 and half at 40 days after emergence and in potato N was split between 1/3 at planting, 1/3 at 15 and 1/3 at 40 days after emergence. In the treatments with inoculation of Azospirillum brasilense, 20 ml of the commercial product (Nod) containing 2.0 x 108 viable cells per ml of the Ab-V5 and Ab-V6 strains were applied. Therefore, it is recommended inoculation of A. brasilense for cassava cultivation, since it increased productivity when inoculated with the bacterium, among ... / Mestre

Azospirillum brasilense reduced nitrate in W-containing Mo-limited medium, but at lower rates than in W-free medium. However nitrate reduction by Paracoccus denitrificans was completely suppressed under the same conditions. Nitrite reductase activity of growing A. brasilense was negatively affected by tungstate. Nitrite accumulation was shown to be the result of an inhibitory effect of nitrate on nitrite reductase activity. Both resting whole cell and cell-free extract preformed nitrite reductase activities were equally affected by increasing levels of tungstate. Preformed nitrate reductase activity of the cell-free extract was shown to be more sensitive to increasing concentrations of tungstate than whole cell activity, suggesting that the cytoplasmic membrane served as a protective barrier against tungsten inactivation of nitrate reductase.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Wheat (Triticum aestivum) is the second largest world production of grains, with great importance in food and feed. It needs more technologies that provide productivity increases at low cost. A newly available technology for the wheat crop is the seed inoculation with growth promoting bacteria and atmospheric nitrogen fixing. The study was divided into two chapters, the first to evaluate the influence of inoculation and its interaction with the chemical seed treatment on germination, vigor and initial growth of wheat cultivars. To this end, we conducted an experiment in Didactic Laboratory and Seeds Research in UFSM in 2013. The second chapter aimed to verify the contribution of Azospirillum brasilense bacteria for biological nitrogen fixation on yield components in the culture wheat in different cultivars, management of nitrogen fertilization, local, sowing dates and years of cultivation. For this, experiments were conducted in the years 2013 and 2014 in Santa Maria and Cruz Alta cities. Inoculation promoted the increase of the dry mass of wheat seedlings in cultivars FUNDACEP Bravo, TBIO Itaipu and BRS 331, seven days after sowing, not affecting the other variables. The chemical treatment of seeds with fungicide triadimenol reduced germination, emergence and early growth of wheat seedlings. Inoculation had a positive response to productivity and hectoliter mass (HM) in some cultivars, with a maximum increase of 21% productivity in genotype TEC 07-244, the second sowing date 2014, in Cruz Alta. For HM, there were significant increases, especially during 1, 2013 in Santa Maria, where the average was 75,6 and 77,2 kg hL-1, for non-inoculated and inoculated, respectively. The nitrogen was important to improve the yield of wheat components, providing great increases in productivity, with better increments per kg of N applied at the rate of 50 kg N ha-1. / O trigo (Triticum aestivum) representa a segunda maior produção de grãos do mundo, com grande importância na alimentação humana e animal. Necessita-se de mais tecnologias que proporcionem aumentos de produtividades com baixo custo. Uma tecnologia recentemente disponível para a cultura do trigo é a inoculação de sementes com bactérias promotoras de crescimento e fixadoras de nitrogênio atmosférico. O trabalho foi dividido em dois capítulos, sendo o primeiro com objetivo de avaliar a influência da inoculação e sua interação com o tratamento químico de sementes na germinação, vigor e crescimento inicial de cultivares de trigo. Para tal, conduziu-se um experimento no Laboratório Didático e de Pesquisa em Sementes da UFSM no ano de 2013. O segundo capítulo teve por objetivo verificar a contribuição da bactéria Azospirillum brasilense para a fixação biológica de nitrogênio sobre os componentes de rendimento na cultura do trigo, em diferentes cultivares, manejos da adubação nitrogenada, locais, épocas de semeadura e anos de cultivo. Para isto, conduziram-se experimentos nos anos de 2013 e 2014, nos municípios de Santa Maria e Cruz Alta. A inoculação promoveu o aumento da massa seca de plântulas de trigo nas cultivares FUNDACEP Bravo, TBIO Itaipu e BRS 331, aos sete dias após a semeadura, não afetando as demais variáveis estudadas. O tratamento químico de sementes com o fungicida triadimenol reduziu a germinação, emergência e o crescimento inicial das plântulas de trigo. A inoculação apresentou resposta positiva para a produtividade e massa do hectolitro (MH) em algumas cultivares, com incremento máximo de 21% de produtividade na cultivar TEC 07-244, na segunda época de semeadura de 2014, em Cruz Alta. Para a MH, houve aumentos significativos, principalmente na época 1 de 2013 em Santa Maria, onde a média foi 75,6 e 77,2 kg hL-1, para as não inoculadas e inoculadas, respectivamente. A adubação nitrogenada foi importante para a melhoria nos componentes do rendimento do trigo, proporcionando grandes incrementos na produtividade, com melhores incrementos por kg de N aplicado na dose de 50 kg de N ha-1.